JP4155872B2 - ラップ盤の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラップ盤の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の形成に用いられる基板の表面、あるいは薄膜磁気ヘッドの表面などには、高精度の研磨加工が施されている。
【０００３】
研磨対象物を高精度に研磨加工する方法の一つとして、砥粒スラリを用いた研磨加工方法が知られている。砥粒により研磨対象物を研磨加工する方法は、ラップ加工とも呼ばれている。ラップ加工は、研磨対象物と軟質金属から形成されたラップ盤との間に砥粒スラリを介在させ、そしてラップ盤を回転させることにより実施される。砥粒スラリを用いたラップ加工は、加工の際に研磨対象物表面に傷が発生したり、そして互いに硬度の異なる表面部分を有している研磨対象物（例、薄膜磁気ヘッド）の加工精度が低いなどの問題を有している。これは、研磨対象物の硬度の低い表面が硬度の高い表面よりも先に研磨された場合に、研磨後の硬度の低い表面に砥粒スラリ中の砥粒が集まり、さらにこの表面の研磨を促進させるためである。
【０００４】
特許文献１には、上記問題が改善されたラップ加工方法が開示されている。この特許文献１に記載のラップ加工方法は、研磨対象物と表面に砥粒が固定されているラップ盤との間に潤滑剤を介在させ、そしてラップ盤を回転させることにより実施される。
【０００５】
このラップ加工方法に用いられるラップ盤は、例えば、スズ製の金属盤の表面にダイヤモンド砥粒と潤滑剤との混合物を塗布し、専用の研磨体を押し付けながら金属盤を回転させることにより製造される。この金属盤の回転による機械的なエネルギーが砥粒に付与されることにより、砥粒は、金属盤の表面に粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定される。
【０００６】
上記特許文献１には、このようなラップ盤を用いたラップ加工方法は、砥粒スラリを用いる方法と較べて砥粒の動きが規制されている（砥粒がラップ盤表面に固定されている）ために、加工の際の研磨対象物表面における傷の発生を低減することができ、そして互いに硬度の異なる表面部分を有している研磨対象物を高い精度でラップ加工することができるとされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２９９７３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載のラップ盤は、機械的なエネルギーを付与してダイヤモンド砥粒をスズ製の金属盤の表面に埋め込み固定することにより製造されている。このようなラップ盤の製造方法は、金属盤の表面に充分な数の砥粒を固定するために長い時間が必要とされ、砥粒固定時間を短縮すると、充分な数の砥粒の埋め込み固定ができにくいという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、表面に多数の砥粒が埋め込み固定されたラップ板を、短時間で製造する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の工程を含む、表面に砥粒が粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定されたラップ盤の製造方法にある。
（１）軟質金属表面を有する金属盤、金属盤表面に砥粒スラリを供給する砥粒スラリ供給具、金属盤表面に供給された砥粒を金属盤表面に押し付ける、硬質材料からなる平面状の底面を備えた砥粒押し付け具、そして金属盤及び／又は砥粒押し付け具に付設されている超音波振動発生手段を用意する工程。
（２）上記金属盤の表面に砥粒押し付け具の底面を接触配置し、超音波振動発生手段にて発生する超音波振動を金属盤及び／又は砥粒押し付け具に付与しながら、金属盤を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時に金属盤表面に砥粒スラリ供給具から砥粒スラリを供給することにより、金属盤と砥粒押し付け具底面との間に砥粒スラリを介在させ、これにより、この砥粒スラリ中の砥粒を、金属盤及び／又は砥粒押し付け具を介して付与された超音波振動の振動エネルギーの影響の下に金属盤の表面に、粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定する工程。
（３）金属盤表面から、未固定の砥粒を含む砥粒スラリを除去する工程。
【００１１】
本発明のラップ盤の製造方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）上記金属盤の回転とともに、砥粒押し付け具を金属盤表面に垂直な軸を中心に回転させる。
２）砥粒押し付け具が、金属盤側を底面とする筒状の形状、さらに好ましくは円筒状の形状にある。
３）筒状の砥粒押し付け具の筒体の底面に、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる一もしくは二以上の溝が形成されている。
【００１２】
本発明では、筒状の砥粒押し付け具、および砥粒押し付け具の筒体の内周面、外周面、もしくは筒体の上面に付設された超音波振動発生手段を含むことを特徴とするラップ盤製造用の超音波振動付与装置を用いることもできる。
【００１３】
この超音波振動付与装置の好ましい態様は、下記の通りである。
１）筒状の砥粒押し付け具が、円筒状の形状にある。
２）砥粒押し付け具の筒体の下面に、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる一もしくは二以上の溝が形成されている。
【００１４】
上記の本発明の方法を利用することにより、下記の工程を含む研磨対象物のラップ加工方法を提供することができる。
（１）上記本発明の方法のうちのいずれかにより製造されたラップ盤、このラップ盤表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給具、そして研磨対象物を保持し、研磨対象物をラップ盤の表面に潤滑剤を介して接触させる研磨対象物保持具を用意する工程。
（２）上記ラップ盤の表面に研磨対象物保持具を研磨対象物側がラップ盤側となるようにして配置し、ラップ盤を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時にラップ盤表面に潤滑剤供給具から潤滑剤を供給することにより、研磨対象物を、ラップ盤と研磨対象物表面との間に潤滑剤を介在させながらラップ加工する工程。
【００１５】
このラップ加工方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）上記ラップ盤の回転とともに、研磨対象物保持具をラップ盤表面に垂直な軸を中心に回転させる。
２）ラップ盤及び／又は研磨対象物保持具に超音波振動発生手段が付設され、上記ラップ盤の回転とともに、超音波振動発生手段にて発生する超音波振動をラップ盤及び／又は研磨対象物保持具に付与する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いる装置について、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いる装置の構成例を示す正面図であり、そして図２は、図１の装置の平面図である。
【００１７】
図１の装置は、基台１１に固定されたモータ１２、モータ１２の回転軸１３に接続され、ラップ盤の材料となる金属盤１４を固定する受け台１５、基台１１に立設された支柱１６に固定され、金属盤１４の表面に砥粒スラリ１７を供給する砥粒スラリ供給具１８、金属盤１４の表面に配置され、金属盤表面に供給された砥粒スラリ中の砥粒を金属盤表面に押し付ける砥粒押し付け具１９、そして砥粒押し付け具１９に付設された超音波振動発生手段２０などから構成されている。
【００１８】
超音波振動発生手段２０が付設された砥粒押し付け具１９の側面は、一対のローラ２１により支持されている。各々のローラ２１は、基台１１に立設された支柱２２の上端に固定されたローラ支持部材２３により、回転可能に支持されている。受け台１５に固定された金属盤１４は、モータ１２を駆動させることにより、その表面に垂直な軸を中心に回転する。この金属盤１４の回転とともに、一対のローラ２１により支持されている砥粒押し付け具１９は、金属盤１４の表面に垂直な軸を中心に回転する。
【００１９】
超音波振動発生手段２０としては、円盤状の圧電セラミック２４とその各々の面に付設された電極２５とから構成される圧電振動子を、上側金属部材２６と下側金属部材２７とで挟んだ状態でボルト締めしたランジュバン型振動子が用いられている。超音波振動発生手段２０の上面には、スリップリング２８が付設されている。超音波振動発生手段２０の圧電振動子としては、縦振動モードの圧電振動子が用いられている。圧電振動子の電極２５には、電気配線２９ａ、スリップリング２８、そして電気配線２９ｂを介して交流電源３０が電気的に接続されている。交流電源３０により超音波振動発生手段２０の圧電振動子の電極２５に交流電圧が付与されると、超音波振動発生手段２０は金属盤表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生し、そしてこの超音波振動は、砥粒押し付け具１９に付与される。
【００２０】
砥粒押し付け具１９は、例えば、酸化アルミニウムなどの硬度の高い材料から形成されている。図１に示した砥粒押し付け具１９は、円筒状の形状とされている。図３は、砥粒押し付け具１９の底面図である。図３に示すように、砥粒押し付け具１９の筒体の底面には、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる溝３１が、１２本形成されている。
【００２１】
次に、本発明のラップ盤の製造方法を、図１の装置を用いる場合を例として説明する。本発明のラップ盤の製造方法は、下記の（１）〜（３）の工程を順に実施することを特徴とする。
【００２２】
（１）金属盤１４、金属盤１４の表面に砥粒スラリ１７を供給する砥粒スラリ供給具１８、金属盤１４の表面に供給された砥粒を金属盤表面に押し付ける、硬質材料からなる平面状の底面を備えた砥粒押し付け具１９、そして砥粒押し付け具１９に付設されている超音波振動発生手段２０を用意する工程。
【００２３】
（２）金属盤１４の表面に砥粒押し付け具１９の底面を接触配置し、超音波振動発生手段２０にて発生する超音波振動を砥粒押し付け具１９に付与しながら、金属盤１４を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時に金属盤１４の表面に砥粒スラリ供給具１８から砥粒スラリ１７を供給することにより、金属盤１４と砥粒押し付け具１９の底面との間に砥粒スラリを介在させ、これにより、砥粒スラリ中の砥粒を、砥粒押し付け具１９を介して付与された超音波振動の振動エネルギーの影響の下に金属盤１４の表面に、粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定する工程。
【００２４】
なお、上記のように図１の装置に示すように、砥粒押し付け具１９は、金属盤１４の回転とともに、金属板１４の表面に垂直な軸を中心に回転することが望ましい。
【００２５】
（３）金属盤１４の表面から未固定の砥粒を含む砥粒スラリを除去する工程。
【００２６】
以上のようにして、表面に砥粒が粒子の一部を露出した状態で埋め込み固定されたラップ盤が製造される。
【００２７】
本発明のラップ盤の製造方法においては、砥粒スラリ中の砥粒は、金属盤１４の回転による機械的なエネルギー、さらには超音波振動発生手段２０により砥粒押し付け具１９を介し付与された超音波振動の振動エネルギーの影響を受ける。そして砥粒は、これらのエネルギー（特に超音波振動のエネルギー）の影響の下に金属盤１４の表面に、粒子の一部が露出した状態で埋め込み固定される。このように超音波振動の振動エネルギーが砥粒に付与されることにより、砥粒が金属盤に衝突し、表面に多数の砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を短時間で製造することができる。
【００２８】
また、このようなラップ盤を用いたラップ加工の速度は、ラップ盤表面に埋め込み固定された砥粒が、ラップ加工を繰り返すことにより徐々にラップ盤の表面から脱離していくために次第に低下する。そして、ラップ加工の速度がある程度以下の値となった場合には、再び金属盤の表面への砥粒の固定作業が行なわれる。本発明の製造方法によれば、金属盤の表面に多数の砥粒を短時間で埋め込み固定することができる、すなわち、ラップ加工の準備作業（砥粒の固定作業）に要する時間を短縮できるために、ラップ加工の作業効率を高めることができる。
【００２９】
以下に、本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いられる超音波振動発生手段、そして砥粒押し付け具などについて詳しく説明する。
【００３０】
超音波振動発生手段は、金属盤と砥粒押し付け具との間に供給された砥粒スラリに含まれる砥粒に超音波振動を付与する。砥粒に超音波振動を付与するためには、超音波振動発生手段は、金属盤及び砥粒押し付け具のうちの少なくとも一方に付設されていれば良い。超音波振動発生手段は、超音波振動を効率良く伝えるために、グリースなどの接触媒質を介して金属盤や砥粒押し付け具に付設されることが好ましい。
【００３１】
超音波振動発生手段は、超音波を伝える材料（例、金属材料）から形成された別の部材を介して、金属盤や砥粒押し付け具に付設することもできる。例えば、図１の装置の金属盤１４に超音波振動発生手段を付設する場合、超音波振動発生手段を、受け台１５の底面に付設することもできる。図１の装置の受け台の底面に超音波振動発生手段を付設する場合には、複数個の超音波振動発生手段を、受け台の周方向に沿って並べて付設することもできる。
【００３２】
超音波振動発生手段としては、電歪振動子及び磁歪振動子などを用いることができる。電歪振動子の例としては、圧電振動子、および圧電振動子を一対の金属部材でボルト締めした構成のランジュバン型振動子が挙げられる。磁歪振動子の例としては、金属磁歪振動子、およびフェライト振動子が挙げられる。振動子としては、電歪振動子（特に、ランジュバン型振動子）を用いることが好ましい。
【００３３】
砥粒押し付け具は、砥粒を金属盤の表面に押し付ける働きをする。通常、砥粒としては、研磨対象物より硬度の高いダイヤモンド粒子などが用いられる。従って、このような砥粒によって砥粒押し付け具の金属盤側の表面（底面）がラップ加工されることを抑制するために、砥粒押し付け具は、硬質材料からなる平面状の底面を備えていることが必要である。このためには、砥粒押し付け具は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、および炭化ケイ素に代表されるセラミック材料、あるいはＷＣ−Ｔａ−Ｃｏ合金、およびＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ合金に代表される超硬合金などの硬質材料から形成することが好ましい。また、砥粒押し付け具の底面を含む一部分のみを、前記の硬質材料から形成することもできる。
【００３４】
砥粒押し付け具は、金属盤側に硬質材料からなる平面状の底面を備えていれば、その形状に特に制限はない。図１の装置のように、金属盤の回転とともに砥粒押し付け具を回転させる場合、砥粒押し付け具の金属盤側表面の回転中心付近の表面部分の周速度は、前記表面の外縁付近の表面部分の周速度と較べて非常に小さな値を示す。このため、上記の回転中心付近の表面部分が砥粒に与える機械的エネルギーは、外縁付近の表面部分が砥粒に与えるエネルギーと較べて非常に小さい。このように、砥粒に付与される機械的エネルギーの大きさにバラツキが存在することは、金属盤の表面に砥粒を均一に埋め込み固定するためには好ましくない。また、超音波振動発生手段にて発生した超音波振動の振動エネルギーの大きさも、上記の回転中心付近の表面部分と、外縁付近の表面部分とで僅かにバラツキを生じている。このようなバラツキの影響を低減して、金属盤の表面に砥粒を均一に埋め込み固定するためには、砥粒押し付け具を、金属盤側表面を底面とする筒状の形状とすることが好ましく、円筒状の形状とすることがさらに好ましい。
【００３５】
さらに、砥粒押し付け具の筒体の底面には、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる一もしくは二以上の溝が形成されていることが好ましい。このような溝を形成することにより、金属盤の表面に供給された砥粒スラリを、金属盤と砥粒押し付け具の底面（溝が形成されていない部分）との間に効率良く供給することができ、金属盤の表面により多くの数の砥粒を埋め込み固定することができる。
【００３６】
ラップ盤の製造に用いる金属盤は、軟質金属表面を有していればその構成に特に制限はない。すなわち、金属盤全体が軟質金属材料から形成されていても良いし、金属盤の表面を含む一部分が軟質金属材料から形成されていても良い。軟質金属材料の例としては、スズおよび鉛などの金属材料、あるいはこれらの金属材料を含む合金組成物が挙げられる。合金組成物の例としては、スズ−アンチモン合金、およびスズ−ビスマス合金、スズ−鉛合金、および黄銅などが挙げられる。なお、本発明の製造方法を応用して、ラップ盤の材料として樹脂盤を用い、樹脂盤の表面に砥粒が埋め込み固定された構成のラップ盤を製造することも可能である。
【００３７】
砥粒スラリに含まれる砥粒の例としては、酸化アルミニウム粒子、酸化ケイ素粒子、酸化クロム粒子、酸化鉄粒子、炭化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子、およびダイヤモンド粒子が挙げられる。砥粒の種類は、ラップ加工する研磨対象物の硬度によって適宜選定される。砥粒スラリの溶媒としては、水やオイルなどが用いられる。砥粒の粒径は、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲にあることが好ましい。
【００３８】
次に、上記のようにして製造されたラップ盤の使用方法、すなわち作製されたラップ盤を用いたラップ加工方法について説明する。先ず、ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置について説明する。図４は、ラップ装置の構成例を示す正面図である。
【００３９】
図４のラップ装置の構成は、受け台１５に作製したラップ盤４４が固定されていること、ラップ盤４４の表面に、研磨対象物４１が保持された円盤状の研磨対象物保持具４２が配置されていること、潤滑剤供給具４８が備えられていること以外は、図１の装置と同様である。
【００４０】
次に、上記のラップ加工方法を、図４のラップ装置を用いる場合を例として説明する。このラップ加工方法は、下記の（１）及び（２）の工程を順に実施することを特徴とする。
【００４１】
（１）上記の本発明の方法に従って製造されたラップ盤４４、ラップ盤４４の表面に潤滑剤４７を供給する潤滑剤供給具４８、そして研磨対象物４１を保持し、研磨対象物４１をラップ盤４４の表面に潤滑剤を介して接触させる研磨対象物保持具４２を用意する工程。
【００４２】
（２）ラップ盤４４の表面に研磨対象物保持具４２を研磨対象物側がラップ盤側となるようにして配置し、ラップ盤４４を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時にラップ盤４４の表面に潤滑剤供給具４８から潤滑剤４７を供給することにより、研磨対象物４１を、ラップ盤４４と該研磨対象物４１の表面との間に潤滑剤を介在させながらラップ加工する工程。
【００４３】
なお、図４のラップ装置において、一対のローラ２１により支持された研磨対象物保持具４２は、ラップ盤４４の回転とともに、ラップ盤４４の表面に垂直な軸を中心に回転する。
【００４４】
ラップ加工の際に用いる潤滑剤の代表例としては、水およびオイルが挙げられる。オイルの例としては、オリーブオイル、シリコンオイル、およびマシンオイルなどが挙げられる。
【００４５】
このように、表面に砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を用いて研磨対象物をラップ加工することにより、加工の際の研磨対象物表面における傷の発生を低減することができ、そして互いに硬度の異なる表面部分を有している研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる。これは、砥粒がラップ盤表面に固定されていることにより、研磨対象物の表面全体が均等にラップ加工されるからである。
【００４６】
図５は、ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置の別の構成例を示す正面図である。図５のラップ装置の構成は、研磨対象物保持具５２に超音波振動発生手段５０が付設されていること以外は、図４のラップ装置と同様である。
【００４７】
図５のラップ装置を用いた研磨対象物４１のラップ加工方法は、ラップ盤４４の回転とともに、超音波振動発生手段５０にて発生する超音波振動を研磨対象物保持具５２に付与すること以外は、図４のラップ装置を用いたラップ加工方法と同様にして実施される。
【００４８】
このように、超音波振動発生手段により研磨対象物保持具（もしくはラップ盤）に超音波振動を付与しながら研磨対象物をラップ加工すると、超音波振動を付与しないでラップ加工する場合よりも、研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる。超音波振動を研磨対象物保持具に付与することにより、研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる理由は、以下のように理解される。
【００４９】
一般に、ラップ加工の精度は、主として砥粒の粒径により定まることが知られている。これは、研磨対象物をサンドペーパにより研磨する場合に、サンドペーパの粗さによって研磨の精度が定まることと同様である。すなわち、ラップ加工の精度を高くするためには、より小さなサイズの砥粒を用いる必要がある。
【００５０】
超音波振動の付与によってラップ加工の精度が高くなる理由は、超音波振動の付与により研磨対象物保持具５２が超音波振動すると、ラップ盤４４の表面と研磨対象物４１の表面との間隔が僅かに広がるために、ラップ盤表面に埋め込み固定された砥粒と研磨対象物表面との接触面積が減少して、より小さなサイズの砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を用いてラップ加工した場合と同様の加工精度が得られるためであると理解される。
【００５１】
従来の砥粒スラリを用いたラップ加工方法においては、加工精度を高くするためには、より小さなサイズの砥粒を用いる必要がある。例えば、薄膜磁気ヘッドをラップ加工においては、砥粒として、粒径が８０ｎｍ程度のダイヤモンド粒子が用いられている。ダイヤモンド粒子の粒径をさらに小さくして、加工精度をより高める研究がされているものの、砥粒が砥粒スラリ中で凝集するなどの問題を解決する必要がある。
【００５２】
本発明の方法を利用したラップ加工方法は、砥粒がラップ盤の表面に埋め込み固定されているために砥粒同士が凝集することがなく、さらに同じサイズの砥粒を用いた場合に従来よりも高い精度のラップ加工が実現できるという利点を有している。
【００５３】
次に、ラップ盤製造用の超音波振動付与装置について説明する。超音波振動付与装置は、筒状の砥粒押し付け具、および押し付け具の筒体の内周面、外周面、もしくは筒体の上面に付設された超音波振動発生手段などから構成される。超音波振動発生手段及び砥粒押し付け具の好ましい態様は、上記の本発明のラップ盤の製造方法に用いられる超音波振動発生手段及び砥粒押し付け具と同様である。
【００５４】
図１の装置には、筒状の砥粒押し付け具１９の筒体の上面に、超音波振動発生手段２０が付設された構成の超音波振動付与装置が用いられている。上記のように、図１の装置の超音波振動発生手段としては、ランジュバン型振動子が用いられている。ランジュバン型振動子の備える圧電振動子としては、縦振動モードの圧電振動子が用いられている。圧電振動子の電極に交流電圧を付与することにより、ランジュバン型振動子の砥粒押し付け具側の面は、この面に垂直な方向に振動する。なお、ランジュバン型振動子の砥粒押し付け具側の面に垂直な方向とは、この面に垂直な方向に対して±３０度の範囲内にある方向を意味する。超音波振動発生手段は、砥粒押し付け具の筒体の内周面や外周面に付設されていても良い。
【００５５】
このように、砥粒押し付け具に超音波振動発生手段を付設した構成の超音波振動付与装置を用いることにより、例えば、図４のラップ装置において、ラップ加工を繰り返して砥粒がラップ盤の表面から脱離した場合に、研磨対象物４１が保持された研磨対象物保持具４２に替えて、前記の超音波振動付与装置をラップ盤の表面に配置して、簡単にラップ盤４４の材料である金属盤の表面に砥粒を再び埋め込み固定することができる。この場合、砥粒を埋め込み固定する際に用いる砥粒スラリは、潤滑剤供給具４８を用いて供給しても良いし、潤滑剤供給具４８とは別に用意された砥粒スラリ供給具を用いて供給しても良い。
【００５６】
【実施例】
［実施例１］
ラップ盤は、図１の構成の装置を用いて作製した。先ず、図１に示すように、基台１１に固定されたモータ１２の回転軸１３に接続された受け台１５の上に、ラップ盤の材料として、直径が３８０ｍｍ、そして厚みが４０ｍｍのスズ−アンチモン製の金属盤１４を固定した。
【００５７】
次に、上記の金属盤１４の上に、超音波振動発生手段２０が固定された砥粒押し付け具１９を置いた。
【００５８】
砥粒押し付け具１９は、外径が１４０ｍｍ、内径が１２０ｍｍ、そして長さが４０ｍｍの円筒状の形状とされている。砥粒押し付け具１９は、酸化アルミニウムから形成されている。砥粒押し付け具１９の筒体の下面（底面）には、図３に示すように、溝３１が１２本形成されている。溝の幅は５ｍｍ、深さは２０ｍｍとされている。
【００５９】
超音波振動発生手段２０としては、圧電振動子を上側金属部材２６と下側金属部材２７とで挟んだ状態でボルト締めした構成のランジュバン型振動子が用いられている。上側金属部材２６及び下側金属部材２７は、アルミニウムから形成されている。圧電振動子は、円盤状の圧電セラミック２４と、その各々の面に付設された電極２５とから構成されている。超音波振動発生手段２０の頂面には、スリップリング２８が付設されている。スリップリング２８には、交流電源３０が接続されている。超音波振動発生手段２０は、その圧電振動子に交流電源３０からスリップリング２８を介して交流電圧が付与されることにより、金属盤１４の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生する。
【００６０】
次に、砥粒スラリ供給具１８から、粒径が約０．１μｍのダイヤモンド砥粒が分散されたオリーブオイル（砥粒スラリ）を金属盤１４の表面に滴下しながら、金属盤１４を２０ｒｐｍの速度で回転させた。同時に、圧電振動子に周波数が２０ｋＨｚの交流電圧を付与して、超音波振動発生手段２０にて超音波振動を発生させた。超音波振動発生手段２０の底面の振動振幅は、約２μｍである。
【００６１】
上記金属盤１４の回転により、一対のローラ２１により側面が支持されている砥粒押し付け具１９が回転し、そして金属盤１４と砥粒押し付け具１９との間に砥粒スラリが供給される。
【００６２】
そして金属盤１４を、回転を始めてから一時間後に停止した。その後、金属盤１４の表面にある砥粒スラリを、エタノールをしみ込ませた布を用いて拭き取った。
【００６３】
このようにして、超音波振動発生手段２０にて発生させた超音波振動を砥粒押し付け具１９に付与しながら、金属盤１４及び砥粒押し付け具１９を、金属盤と砥粒押し付け具との間に砥粒スラリを介在させて回転させることによりラップ盤を作製した。
【００６４】
図６は、作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。図６の電子顕微鏡写真において、白色の部分は金属盤の表面であり、黒色の点はダイヤモンド砥粒である。図６に示すように、ラップ盤の表面には多数の砥粒が埋め込み固定されることがわかる。
【００６５】
［比較例１］
金属盤１４を回転させる際に、超音波振動発生手段２０にて超音波振動を発生させないこと以外は実施例１と同様にして、ラップ盤を作製した。図７は、作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。図７に示すように、ラップ盤の表面に埋め込み固定されたダイヤモンド砥粒の数は、実施例１で作製したラップ盤の場合よりもはるかに少ないことがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明により、表面に多数の砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を、短時間で製造することができる。本発明に従ってラップ盤を製造することにより、ラップ加工の準備作業（砥粒の固定作業）に必要とされる時間が短縮されるため、効率よく研磨対象物をラップ加工することができる。このラップ加工の際に、ラップ盤及び研磨対象物保持具のうちの少なくとも一方に超音波振動を付与することにより、研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いる装置の一例の構成を示す正面図である。
【図２】 図１の装置の平面図である。
【図３】 図１の装置の砥粒押し付け具の底面図である。
【図４】 ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置の構成例を示す正面図である。
【図５】 ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置の別の構成例を示す正面図である。
【図６】 実施例１で作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。
【図７】 比較例１で作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１１ 基台
１２ モータ
１３ 回転軸
１４ 金属盤
１５ 受け台
１６ 支柱
１７ 砥粒スラリ
１８ 砥粒スラリ供給具
１９ 砥粒押し付け具
２０ 超音波振動発生手段
２１ ローラ
２２ 支柱
２３ ローラ支持部材
２４ 圧電セラミック
２５ 電極
２６ 上側金属部材
２７ 下側金属部材
２８ スリップリング
２９ａ、２９ｂ 電気配線
３０ 交流電源
３１ 溝
４１ 研磨対象物
４２ 研磨対象物保持具
４４ ラップ盤
４７ 潤滑剤
４８ 潤滑剤供給具
５０ 超音波振動発生手段
５２ 研磨対象物保持具
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラップ盤の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の形成に用いられる基板の表面、あるいは薄膜磁気ヘッドの表面などには、高精度の研磨加工が施されている。
【０００３】
研磨対象物を高精度に研磨加工する方法の一つとして、砥粒スラリを用いた研磨加工方法が知られている。砥粒により研磨対象物を研磨加工する方法は、ラップ加工とも呼ばれている。ラップ加工は、研磨対象物と軟質金属から形成されたラップ盤との間に砥粒スラリを介在させ、そしてラップ盤を回転させることにより実施される。砥粒スラリを用いたラップ加工は、加工の際に研磨対象物表面に傷が発生したり、そして互いに硬度の異なる表面部分を有している研磨対象物（例、薄膜磁気ヘッド）の加工精度が低いなどの問題を有している。これは、研磨対象物の硬度の低い表面が硬度の高い表面よりも先に研磨された場合に、研磨後の硬度の低い表面に砥粒スラリ中の砥粒が集まり、さらにこの表面の研磨を促進させるためである。
【０００４】
特許文献１には、上記問題が改善されたラップ加工方法が開示されている。この特許文献１に記載のラップ加工方法は、研磨対象物と表面に砥粒が固定されているラップ盤との間に潤滑剤を介在させ、そしてラップ盤を回転させることにより実施される。
【０００５】
このラップ加工方法に用いられるラップ盤は、例えば、スズ製の金属盤の表面にダイヤモンド砥粒と潤滑剤との混合物を塗布し、専用の研磨体を押し付けながら金属盤を回転させることにより製造される。この金属盤の回転による機械的なエネルギーが砥粒に付与されることにより、砥粒は、金属盤の表面に粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定される。
【０００６】
上記特許文献１には、このようなラップ盤を用いたラップ加工方法は、砥粒スラリを用いる方法と較べて砥粒の動きが規制されている（砥粒がラップ盤表面に固定されている）ために、加工の際の研磨対象物表面における傷の発生を低減することができ、そして互いに硬度の異なる表面部分を有している研磨対象物を高い精度でラップ加工することができるとされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２９９７３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載のラップ盤は、機械的なエネルギーを付与してダイヤモンド砥粒をスズ製の金属盤の表面に埋め込み固定することにより製造されている。このようなラップ盤の製造方法は、金属盤の表面に充分な数の砥粒を固定するために長い時間が必要とされ、砥粒固定時間を短縮すると、充分な数の砥粒の埋め込み固定ができにくいという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、表面に多数の砥粒が埋め込み固定されたラップ板を、短時間で製造する方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の工程を含む、表面に砥粒が粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定されたラップ盤の製造方法にある。
（１）軟質金属表面を有する金属盤、金属盤表面に砥粒スラリを供給する砥粒スラリ供給具、金属盤表面に供給された砥粒を金属盤表面に押し付ける、硬質材料からなる平面状の底面を備えた砥粒押し付け具、そして金属盤及び／又は砥粒押し付け具に付設されている超音波振動発生手段を用意する工程。
（２）上記金属盤の表面に砥粒押し付け具の底面を接触配置し、超音波振動発生手段にて発生する超音波振動を金属盤及び／又は砥粒押し付け具に付与しながら、金属盤を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時に金属盤表面に砥粒スラリ供給具から砥粒スラリを供給することにより、金属盤と砥粒押し付け具底面との間に砥粒スラリを介在させ、これにより、この砥粒スラリ中の砥粒を、金属盤及び／又は砥粒押し付け具を介して付与された超音波振動の振動エネルギーの影響の下に金属盤の表面に、粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定する工程。
（３）金属盤表面から、未固定の砥粒を含む砥粒スラリを除去する工程。
【００１１】
本発明のラップ盤の製造方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）上記金属盤の回転とともに、砥粒押し付け具を金属盤表面に垂直な軸を中心に回転させる。
２）砥粒押し付け具が、金属盤側を底面とする筒状の形状、さらに好ましくは円筒状の形状にある。
３）筒状の砥粒押し付け具の筒体の底面に、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる一もしくは二以上の溝が形成されている。
【００１２】
本発明では、筒状の砥粒押し付け具、および砥粒押し付け具の筒体の内周面、外周面、もしくは筒体の上面に付設された超音波振動発生手段を含むことを特徴とするラップ盤製造用の超音波振動付与装置を用いることもできる。
【００１３】
この超音波振動付与装置の好ましい態様は、下記の通りである。
１）筒状の砥粒押し付け具が、円筒状の形状にある。
２）砥粒押し付け具の筒体の下面に、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる一もしくは二以上の溝が形成されている。
【００１４】
上記の本発明の方法を利用することにより、下記の工程を含む研磨対象物のラップ加工方法を提供することができる。
（１）上記本発明の方法のうちのいずれかにより製造されたラップ盤、このラップ盤表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給具、そして研磨対象物を保持し、研磨対象物をラップ盤の表面に潤滑剤を介して接触させる研磨対象物保持具を用意する工程。
（２）上記ラップ盤の表面に研磨対象物保持具を研磨対象物側がラップ盤側となるようにして配置し、ラップ盤を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時にラップ盤表面に潤滑剤供給具から潤滑剤を供給することにより、研磨対象物を、ラップ盤と研磨対象物表面との間に潤滑剤を介在させながらラップ加工する工程。
【００１５】
このラップ加工方法の好ましい態様は、下記の通りである。
１）上記ラップ盤の回転とともに、研磨対象物保持具をラップ盤表面に垂直な軸を中心に回転させる。
２）ラップ盤及び／又は研磨対象物保持具に超音波振動発生手段が付設され、上記ラップ盤の回転とともに、超音波振動発生手段にて発生する超音波振動をラップ盤及び／又は研磨対象物保持具に付与する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いる装置について、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いる装置の構成例を示す正面図であり、そして図２は、図１の装置の平面図である。
【００１７】
図１の装置は、基台１１に固定されたモータ１２、モータ１２の回転軸１３に接続され、ラップ盤の材料となる金属盤１４を固定する受け台１５、基台１１に立設された支柱１６に固定され、金属盤１４の表面に砥粒スラリ１７を供給する砥粒スラリ供給具１８、金属盤１４の表面に配置され、金属盤表面に供給された砥粒スラリ中の砥粒を金属盤表面に押し付ける砥粒押し付け具１９、そして砥粒押し付け具１９に付設された超音波振動発生手段２０などから構成されている。
【００１８】
超音波振動発生手段２０が付設された砥粒押し付け具１９の側面は、一対のローラ２１により支持されている。各々のローラ２１は、基台１１に立設された支柱２２の上端に固定されたローラ支持部材２３により、回転可能に支持されている。受け台１５に固定された金属盤１４は、モータ１２を駆動させることにより、その表面に垂直な軸を中心に回転する。この金属盤１４の回転とともに、一対のローラ２１により支持されている砥粒押し付け具１９は、金属盤１４の表面に垂直な軸を中心に回転する。
【００１９】
超音波振動発生手段２０としては、円盤状の圧電セラミック２４とその各々の面に付設された電極２５とから構成される圧電振動子を、上側金属部材２６と下側金属部材２７とで挟んだ状態でボルト締めしたランジュバン型振動子が用いられている。超音波振動発生手段２０の上面には、スリップリング２８が付設されている。超音波振動発生手段２０の圧電振動子としては、縦振動モードの圧電振動子が用いられている。圧電振動子の電極２５には、電気配線２９ａ、スリップリング２８、そして電気配線２９ｂを介して交流電源３０が電気的に接続されている。交流電源３０により超音波振動発生手段２０の圧電振動子の電極２５に交流電圧が付与されると、超音波振動発生手段２０は金属盤表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生し、そしてこの超音波振動は、砥粒押し付け具１９に付与される。
【００２０】
砥粒押し付け具１９は、例えば、酸化アルミニウムなどの硬度の高い材料から形成されている。図１に示した砥粒押し付け具１９は、円筒状の形状とされている。図３は、砥粒押し付け具１９の底面図である。図３に示すように、砥粒押し付け具１９の筒体の底面には、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる溝３１が、１２本形成されている。
【００２１】
次に、本発明のラップ盤の製造方法を、図１の装置を用いる場合を例として説明する。本発明のラップ盤の製造方法は、下記の（１）〜（３）の工程を順に実施することを特徴とする。
【００２２】
（１）金属盤１４、金属盤１４の表面に砥粒スラリ１７を供給する砥粒スラリ供給具１８、金属盤１４の表面に供給された砥粒を金属盤表面に押し付ける、硬質材料からなる平面状の底面を備えた砥粒押し付け具１９、そして砥粒押し付け具１９に付設されている超音波振動発生手段２０を用意する工程。
【００２３】
（２）金属盤１４の表面に砥粒押し付け具１９の底面を接触配置し、超音波振動発生手段２０にて発生する超音波振動を砥粒押し付け具１９に付与しながら、金属盤１４を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時に金属盤１４の表面に砥粒スラリ供給具１８から砥粒スラリ１７を供給することにより、金属盤１４と砥粒押し付け具１９の底面との間に砥粒スラリを介在させ、これにより、砥粒スラリ中の砥粒を、砥粒押し付け具１９を介して付与された超音波振動の振動エネルギーの影響の下に金属盤１４の表面に、粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定する工程。
【００２４】
なお、上記のように図１の装置に示すように、砥粒押し付け具１９は、金属盤１４の回転とともに、金属板１４の表面に垂直な軸を中心に回転することが望ましい。
【００２５】
（３）金属盤１４の表面から未固定の砥粒を含む砥粒スラリを除去する工程。
【００２６】
以上のようにして、表面に砥粒が粒子の一部を露出した状態で埋め込み固定されたラップ盤が製造される。
【００２７】
本発明のラップ盤の製造方法においては、砥粒スラリ中の砥粒は、金属盤１４の回転による機械的なエネルギー、さらには超音波振動発生手段２０により砥粒押し付け具１９を介し付与された超音波振動の振動エネルギーの影響を受ける。そして砥粒は、これらのエネルギー（特に超音波振動のエネルギー）の影響の下に金属盤１４の表面に、粒子の一部が露出した状態で埋め込み固定される。このように超音波振動の振動エネルギーが砥粒に付与されることにより、砥粒が金属盤に衝突し、表面に多数の砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を短時間で製造することができる。
【００２８】
また、このようなラップ盤を用いたラップ加工の速度は、ラップ盤表面に埋め込み固定された砥粒が、ラップ加工を繰り返すことにより徐々にラップ盤の表面から脱離していくために次第に低下する。そして、ラップ加工の速度がある程度以下の値となった場合には、再び金属盤の表面への砥粒の固定作業が行なわれる。本発明の製造方法によれば、金属盤の表面に多数の砥粒を短時間で埋め込み固定することができる、すなわち、ラップ加工の準備作業（砥粒の固定作業）に要する時間を短縮できるために、ラップ加工の作業効率を高めることができる。
【００２９】
以下に、本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いられる超音波振動発生手段、そして砥粒押し付け具などについて詳しく説明する。
【００３０】
超音波振動発生手段は、金属盤と砥粒押し付け具との間に供給された砥粒スラリに含まれる砥粒に超音波振動を付与する。砥粒に超音波振動を付与するためには、超音波振動発生手段は、金属盤及び砥粒押し付け具のうちの少なくとも一方に付設されていれば良い。超音波振動発生手段は、超音波振動を効率良く伝えるために、グリースなどの接触媒質を介して金属盤や砥粒押し付け具に付設されることが好ましい。
【００３１】
超音波振動発生手段は、超音波を伝える材料（例、金属材料）から形成された別の部材を介して、金属盤や砥粒押し付け具に付設することもできる。例えば、図１の装置の金属盤１４に超音波振動発生手段を付設する場合、超音波振動発生手段を、受け台１５の底面に付設することもできる。図１の装置の受け台の底面に超音波振動発生手段を付設する場合には、複数個の超音波振動発生手段を、受け台の周方向に沿って並べて付設することもできる。
【００３２】
超音波振動発生手段としては、電歪振動子及び磁歪振動子などを用いることができる。電歪振動子の例としては、圧電振動子、および圧電振動子を一対の金属部材でボルト締めした構成のランジュバン型振動子が挙げられる。磁歪振動子の例としては、金属磁歪振動子、およびフェライト振動子が挙げられる。振動子としては、電歪振動子（特に、ランジュバン型振動子）を用いることが好ましい。
【００３３】
砥粒押し付け具は、砥粒を金属盤の表面に押し付ける働きをする。通常、砥粒としては、研磨対象物より硬度の高いダイヤモンド粒子などが用いられる。従って、このような砥粒によって砥粒押し付け具の金属盤側の表面（底面）がラップ加工されることを抑制するために、砥粒押し付け具は、硬質材料からなる平面状の底面を備えていることが必要である。このためには、砥粒押し付け具は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、および炭化ケイ素に代表されるセラミック材料、あるいはＷＣ−Ｔａ−Ｃｏ合金、およびＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ合金に代表される超硬合金などの硬質材料から形成することが好ましい。また、砥粒押し付け具の底面を含む一部分のみを、前記の硬質材料から形成することもできる。
【００３４】
砥粒押し付け具は、金属盤側に硬質材料からなる平面状の底面を備えていれば、その形状に特に制限はない。図１の装置のように、金属盤の回転とともに砥粒押し付け具を回転させる場合、砥粒押し付け具の金属盤側表面の回転中心付近の表面部分の周速度は、前記表面の外縁付近の表面部分の周速度と較べて非常に小さな値を示す。このため、上記の回転中心付近の表面部分が砥粒に与える機械的エネルギーは、外縁付近の表面部分が砥粒に与えるエネルギーと較べて非常に小さい。このように、砥粒に付与される機械的エネルギーの大きさにバラツキが存在することは、金属盤の表面に砥粒を均一に埋め込み固定するためには好ましくない。また、超音波振動発生手段にて発生した超音波振動の振動エネルギーの大きさも、上記の回転中心付近の表面部分と、外縁付近の表面部分とで僅かにバラツキを生じている。このようなバラツキの影響を低減して、金属盤の表面に砥粒を均一に埋め込み固定するためには、砥粒押し付け具を、金属盤側表面を底面とする筒状の形状とすることが好ましく、円筒状の形状とすることがさらに好ましい。
【００３５】
さらに、砥粒押し付け具の筒体の底面には、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる一もしくは二以上の溝が形成されていることが好ましい。このような溝を形成することにより、金属盤の表面に供給された砥粒スラリを、金属盤と砥粒押し付け具の底面（溝が形成されていない部分）との間に効率良く供給することができ、金属盤の表面により多くの数の砥粒を埋め込み固定することができる。
【００３６】
ラップ盤の製造に用いる金属盤は、軟質金属表面を有していればその構成に特に制限はない。すなわち、金属盤全体が軟質金属材料から形成されていても良いし、金属盤の表面を含む一部分が軟質金属材料から形成されていても良い。軟質金属材料の例としては、スズおよび鉛などの金属材料、あるいはこれらの金属材料を含む合金組成物が挙げられる。合金組成物の例としては、スズ−アンチモン合金、およびスズ−ビスマス合金、スズ−鉛合金、および黄銅などが挙げられる。なお、本発明の製造方法を応用して、ラップ盤の材料として樹脂盤を用い、樹脂盤の表面に砥粒が埋め込み固定された構成のラップ盤を製造することも可能である。
【００３７】
砥粒スラリに含まれる砥粒の例としては、酸化アルミニウム粒子、酸化ケイ素粒子、酸化クロム粒子、酸化鉄粒子、炭化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子、およびダイヤモンド粒子が挙げられる。砥粒の種類は、ラップ加工する研磨対象物の硬度によって適宜選定される。砥粒スラリの溶媒としては、水やオイルなどが用いられる。砥粒の粒径は、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲にあることが好ましい。
【００３８】
次に、上記のようにして製造されたラップ盤の使用方法、すなわち作製されたラップ盤を用いたラップ加工方法について説明する。先ず、ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置について説明する。図４は、ラップ装置の構成例を示す正面図である。
【００３９】
図４のラップ装置の構成は、受け台１５に作製したラップ盤４４が固定されていること、ラップ盤４４の表面に、研磨対象物４１が保持された円盤状の研磨対象物保持具４２が配置されていること、潤滑剤供給具４８が備えられていること以外は、図１の装置と同様である。
【００４０】
次に、上記のラップ加工方法を、図４のラップ装置を用いる場合を例として説明する。このラップ加工方法は、下記の（１）及び（２）の工程を順に実施することを特徴とする。
【００４１】
（１）上記の本発明の方法に従って製造されたラップ盤４４、ラップ盤４４の表面に潤滑剤４７を供給する潤滑剤供給具４８、そして研磨対象物４１を保持し、研磨対象物４１をラップ盤４４の表面に潤滑剤を介して接触させる研磨対象物保持具４２を用意する工程。
【００４２】
（２）ラップ盤４４の表面に研磨対象物保持具４２を研磨対象物側がラップ盤側となるようにして配置し、ラップ盤４４を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時にラップ盤４４の表面に潤滑剤供給具４８から潤滑剤４７を供給することにより、研磨対象物４１を、ラップ盤４４と該研磨対象物４１の表面との間に潤滑剤を介在させながらラップ加工する工程。
【００４３】
なお、図４のラップ装置において、一対のローラ２１により支持された研磨対象物保持具４２は、ラップ盤４４の回転とともに、ラップ盤４４の表面に垂直な軸を中心に回転する。
【００４４】
ラップ加工の際に用いる潤滑剤の代表例としては、水およびオイルが挙げられる。オイルの例としては、オリーブオイル、シリコンオイル、およびマシンオイルなどが挙げられる。
【００４５】
このように、表面に砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を用いて研磨対象物をラップ加工することにより、加工の際の研磨対象物表面における傷の発生を低減することができ、そして互いに硬度の異なる表面部分を有している研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる。これは、砥粒がラップ盤表面に固定されていることにより、研磨対象物の表面全体が均等にラップ加工されるからである。
【００４６】
図５は、ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置の別の構成例を示す正面図である。図５のラップ装置の構成は、研磨対象物保持具５２に超音波振動発生手段５０が付設されていること以外は、図４のラップ装置と同様である。
【００４７】
図５のラップ装置を用いた研磨対象物４１のラップ加工方法は、ラップ盤４４の回転とともに、超音波振動発生手段５０にて発生する超音波振動を研磨対象物保持具５２に付与すること以外は、図４のラップ装置を用いたラップ加工方法と同様にして実施される。
【００４８】
このように、超音波振動発生手段により研磨対象物保持具（もしくはラップ盤）に超音波振動を付与しながら研磨対象物をラップ加工すると、超音波振動を付与しないでラップ加工する場合よりも、研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる。超音波振動を研磨対象物保持具に付与することにより、研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる理由は、以下のように理解される。
【００４９】
一般に、ラップ加工の精度は、主として砥粒の粒径により定まることが知られている。これは、研磨対象物をサンドペーパにより研磨する場合に、サンドペーパの粗さによって研磨の精度が定まることと同様である。すなわち、ラップ加工の精度を高くするためには、より小さなサイズの砥粒を用いる必要がある。
【００５０】
超音波振動の付与によってラップ加工の精度が高くなる理由は、超音波振動の付与により研磨対象物保持具５２が超音波振動すると、ラップ盤４４の表面と研磨対象物４１の表面との間隔が僅かに広がるために、ラップ盤表面に埋め込み固定された砥粒と研磨対象物表面との接触面積が減少して、より小さなサイズの砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を用いてラップ加工した場合と同様の加工精度が得られるためであると理解される。
【００５１】
従来の砥粒スラリを用いたラップ加工方法においては、加工精度を高くするためには、より小さなサイズの砥粒を用いる必要がある。例えば、薄膜磁気ヘッドをラップ加工においては、砥粒として、粒径が８０ｎｍ程度のダイヤモンド粒子が用いられている。ダイヤモンド粒子の粒径をさらに小さくして、加工精度をより高める研究がされているものの、砥粒が砥粒スラリ中で凝集するなどの問題を解決する必要がある。
【００５２】
本発明の方法を利用したラップ加工方法は、砥粒がラップ盤の表面に埋め込み固定されているために砥粒同士が凝集することがなく、さらに同じサイズの砥粒を用いた場合に従来よりも高い精度のラップ加工が実現できるという利点を有している。
【００５３】
次に、ラップ盤製造用の超音波振動付与装置について説明する。超音波振動付与装置は、筒状の砥粒押し付け具、および押し付け具の筒体の内周面、外周面、もしくは筒体の上面に付設された超音波振動発生手段などから構成される。超音波振動発生手段及び砥粒押し付け具の好ましい態様は、上記の本発明のラップ盤の製造方法に用いられる超音波振動発生手段及び砥粒押し付け具と同様である。
【００５４】
図１の装置には、筒状の砥粒押し付け具１９の筒体の上面に、超音波振動発生手段２０が付設された構成の超音波振動付与装置が用いられている。上記のように、図１の装置の超音波振動発生手段としては、ランジュバン型振動子が用いられている。ランジュバン型振動子の備える圧電振動子としては、縦振動モードの圧電振動子が用いられている。圧電振動子の電極に交流電圧を付与することにより、ランジュバン型振動子の砥粒押し付け具側の面は、この面に垂直な方向に振動する。なお、ランジュバン型振動子の砥粒押し付け具側の面に垂直な方向とは、この面に垂直な方向に対して±３０度の範囲内にある方向を意味する。超音波振動発生手段は、砥粒押し付け具の筒体の内周面や外周面に付設されていても良い。
【００５５】
このように、砥粒押し付け具に超音波振動発生手段を付設した構成の超音波振動付与装置を用いることにより、例えば、図４のラップ装置において、ラップ加工を繰り返して砥粒がラップ盤の表面から脱離した場合に、研磨対象物４１が保持された研磨対象物保持具４２に替えて、前記の超音波振動付与装置をラップ盤の表面に配置して、簡単にラップ盤４４の材料である金属盤の表面に砥粒を再び埋め込み固定することができる。この場合、砥粒を埋め込み固定する際に用いる砥粒スラリは、潤滑剤供給具４８を用いて供給しても良いし、潤滑剤供給具４８とは別に用意された砥粒スラリ供給具を用いて供給しても良い。
【００５６】
【実施例】
［実施例１］
ラップ盤は、図１の構成の装置を用いて作製した。先ず、図１に示すように、基台１１に固定されたモータ１２の回転軸１３に接続された受け台１５の上に、ラップ盤の材料として、直径が３８０ｍｍ、そして厚みが４０ｍｍのスズ−アンチモン製の金属盤１４を固定した。
【００５７】
次に、上記の金属盤１４の上に、超音波振動発生手段２０が固定された砥粒押し付け具１９を置いた。
【００５８】
砥粒押し付け具１９は、外径が１４０ｍｍ、内径が１２０ｍｍ、そして長さが４０ｍｍの円筒状の形状とされている。砥粒押し付け具１９は、酸化アルミニウムから形成されている。砥粒押し付け具１９の筒体の下面（底面）には、図３に示すように、溝３１が１２本形成されている。溝の幅は５ｍｍ、深さは２０ｍｍとされている。
【００５９】
超音波振動発生手段２０としては、圧電振動子を上側金属部材２６と下側金属部材２７とで挟んだ状態でボルト締めした構成のランジュバン型振動子が用いられている。上側金属部材２６及び下側金属部材２７は、アルミニウムから形成されている。圧電振動子は、円盤状の圧電セラミック２４と、その各々の面に付設された電極２５とから構成されている。超音波振動発生手段２０の頂面には、スリップリング２８が付設されている。スリップリング２８には、交流電源３０が接続されている。超音波振動発生手段２０は、その圧電振動子に交流電源３０からスリップリング２８を介して交流電圧が付与されることにより、金属盤１４の表面に垂直な方向に振動する超音波振動を発生する。
【００６０】
次に、砥粒スラリ供給具１８から、粒径が約０．１μｍのダイヤモンド砥粒が分散されたオリーブオイル（砥粒スラリ）を金属盤１４の表面に滴下しながら、金属盤１４を２０ｒｐｍの速度で回転させた。同時に、圧電振動子に周波数が２０ｋＨｚの交流電圧を付与して、超音波振動発生手段２０にて超音波振動を発生させた。超音波振動発生手段２０の底面の振動振幅は、約２μｍである。
【００６１】
上記金属盤１４の回転により、一対のローラ２１により側面が支持されている砥粒押し付け具１９が回転し、そして金属盤１４と砥粒押し付け具１９との間に砥粒スラリが供給される。
【００６２】
そして金属盤１４を、回転を始めてから一時間後に停止した。その後、金属盤１４の表面にある砥粒スラリを、エタノールをしみ込ませた布を用いて拭き取った。
【００６３】
このようにして、超音波振動発生手段２０にて発生させた超音波振動を砥粒押し付け具１９に付与しながら、金属盤１４及び砥粒押し付け具１９を、金属盤と砥粒押し付け具との間に砥粒スラリを介在させて回転させることによりラップ盤を作製した。
【００６４】
図６は、作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。図６の電子顕微鏡写真において、白色の部分は金属盤の表面であり、黒色の点はダイヤモンド砥粒である。図６に示すように、ラップ盤の表面には多数の砥粒が埋め込み固定されることがわかる。
【００６５】
［比較例１］
金属盤１４を回転させる際に、超音波振動発生手段２０にて超音波振動を発生させないこと以外は実施例１と同様にして、ラップ盤を作製した。図７は、作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。図７に示すように、ラップ盤の表面に埋め込み固定されたダイヤモンド砥粒の数は、実施例１で作製したラップ盤の場合よりもはるかに少ないことがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明により、表面に多数の砥粒が埋め込み固定されたラップ盤を、短時間で製造することができる。本発明に従ってラップ盤を製造することにより、ラップ加工の準備作業（砥粒の固定作業）に必要とされる時間が短縮されるため、効率よく研磨対象物をラップ加工することができる。このラップ加工の際に、ラップ盤及び研磨対象物保持具のうちの少なくとも一方に超音波振動を付与することにより、研磨対象物を高い精度でラップ加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のラップ盤の製造方法の実施に用いる装置の一例の構成を示す正面図である。
【図２】 図１の装置の平面図である。
【図３】 図１の装置の砥粒押し付け具の底面図である。
【図４】 ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置の構成例を示す正面図である。
【図５】 ラップ加工方法の実施に用いるラップ装置の別の構成例を示す正面図である。
【図６】 実施例１で作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。
【図７】 比較例１で作製したラップ盤の表面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１１ 基台
１２ モータ
１３ 回転軸
１４ 金属盤
１５ 受け台
１６ 支柱
１７ 砥粒スラリ
１８ 砥粒スラリ供給具
１９ 砥粒押し付け具
２０ 超音波振動発生手段
２１ ローラ
２２ 支柱
２３ ローラ支持部材
２４ 圧電セラミック
２５ 電極
２６ 上側金属部材
２７ 下側金属部材
２８ スリップリング
２９ａ、２９ｂ 電気配線
３０ 交流電源
３１ 溝
４１ 研磨対象物
４２ 研磨対象物保持具
４４ ラップ盤
４７ 潤滑剤
４８ 潤滑剤供給具
５０ 超音波振動発生手段
５２ 研磨対象物保持具
Claims (5)
- 下記の工程を含む、表面に砥粒が粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定されたラップ盤の製造方法：
（１）軟質金属表面を有する金属盤、金属盤表面に砥粒スラリを供給する砥粒スラリ供給具、金属盤表面に供給された砥粒を金属盤表面に押し付ける、硬質材料からなる平面状の底面を備えた砥粒押し付け具、そして金属盤及び／又は砥粒押し付け具に付設されている超音波振動発生手段を用意する工程；
（２）上記金属盤の表面に該砥粒押し付け具の底面を接触配置し、超音波振動発生手段にて発生する超音波振動を金属盤及び／又は砥粒押し付け具に付与しながら、該金属盤を、その表面に垂直な軸を中心に回転させ、同時に該金属盤表面に砥粒スラリ供給具から砥粒スラリを供給することにより、金属盤と砥粒押し付け具底面との間に砥粒スラリを介在させ、これにより、該砥粒スラリ中の砥粒を、金属盤及び／又は砥粒押し付け具を介して付与された超音波振動の振動エネルギーの影響の下に金属盤の表面に、粒子の一部を露出した状態にて埋め込み固定する工程；
および
（３）金属盤表面から、未固定の砥粒を含む砥粒スラリを除去する工程。 - 上記金属盤の回転とともに、砥粒押し付け具を金属盤表面に垂直な軸を中心に回転させる請求項１に記載のラップ盤の製造方法。
- 砥粒押し付け具が、金属盤側を底面とする筒状の形状にある請求項２に記載のラップ盤の製造方法。
- 筒状の砥粒押し付け具が、円筒状の形状にある請求項３に記載のラップ盤の製造方法。
- 砥粒押し付け具の筒体の底面に、筒体周壁の厚み方向に沿って伸びる一もしくは二以上の溝が形成されている請求項３もしくは４に記載のラップ盤の製造方法。
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